[发明专利]石墨烯纳米带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学材料合成领域，尤其涉及一种石墨烯纳米带及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，而且还非常牢固坚硬，作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。

石墨烯纳米带不仅拥有石墨烯的性能，还具备一些特殊的性能，例如其长径比很大，可高达上千倍，在集成电路方面可代替铜导线，以进一步提高集成度，亦可对其结构进行改性制备成开关器件。但目前由于石墨烯纳米带制备过程中存在尺寸控制困难、产量低的问题，从而限制了其应用。

发明内容

本发明的发明目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种石墨烯纳米带及其制备方法，采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能，使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚，而且制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。

为达到本发明的发明目的，本发明采用的技术方案为：一种石墨烯纳米带的制备方法，包括如下步骤。

(a)清洗加热：碳纳米管分别经酸溶液、碱溶液搅拌浸泡，过滤后再经超声清洗，再次过滤并干燥至恒重，在惰性气体保护下加热到800～1000℃后保温3～5分钟。

(b)冷却剥离：取出所述碳纳米管并置于-170~-200℃的环境中保持3～5分钟，取出后将所述碳纳米管再按质量体积比为1g：（10～100）ml加到离子液体中进行剥离处理，剥离物经过滤、清洗过滤、干燥至恒重后，得到石墨烯纳米带。

在所述步骤(a)中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。

在所述步骤(a)中，所述酸溶液为盐酸、硝酸或硫酸，所述酸溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。

在所述步骤(a)中，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。

在所述步骤(a)中，所述搅拌浸泡的时间为30～60分钟，所述超声清洗的时间为30～60分钟。

在所述步骤(a)中，所述惰性气体为氦气或氩气，所述加热是在马弗炉中进行的。

在所述步骤(b)中，所述-170~-200℃的环境为液氮、液氩或液氢构成的。

在所述步骤(b)中，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酰碳、1-乙基-3-甲基咪唑五氟乙酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑二氰化氮、1-乙基-3,5-二甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1,3-二乙基-4-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺、1,3-二乙基-5-甲基咪唑三氟甲磺酰亚胺中的至少一种。

在所述步骤(b)中，所述剥离物的清洗过滤包括：先用1-甲基-2-吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺清洗多次，再依次用丙酮、乙醇、去离子水各清洗过滤。

本发明还包括利用上述制备方法制得的石墨烯纳米带。

与现有技术相比，本发明的石墨烯纳米带及其制备方法，存在以下的优点：

1.采用冷热交替的方法剥开碳纳米管得到石墨烯纳米带，其制备时间短，效率高，且保持了碳纳米管原有的结构及优良性能。

2.使用离子液体做溶剂，能使剥离后的石墨烯纳米带更好的分散，防止再次团聚。

3.制备工艺过程简单，对设备要求低，有利于大批量生产。

附图说明

图1是本发明实施例1所制备的石墨烯纳米带SEM图。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。

本发明的石墨烯纳米带的制备过程大致分为以下步骤。

制备石墨烯纳米带:(a)先将碳纳米管分别用浓度为0.1～0.5mol/L的酸溶液、碱溶液各浸泡搅拌30～60分钟后去除杂质与油污（同时也起到对碳纳米管进行腐蚀的作用），然后清洗过滤。用乙醇、丙酮浸泡碳纳米管，并置于超声清洗仪里超声30～60分钟后，过滤并转移到真空干燥箱干燥至恒重。

(b)取出干燥好的碳纳米管，放在马弗炉里，在惰性气体保护下加热到800～1000℃后保温3～5分钟，使碳纳米管均匀受热。